En cosmología , un universo estático (también denominado estacionario , infinito , infinito estático o eterno estático ) es un modelo cosmológico en el que el universo es infinito tanto espacial como temporalmente , y el espacio no se expande ni se contrae. Un universo así no tiene la llamada curvatura espacial ; es decir, es "plano" o euclidiano . [ cita requerida ] [ se necesita más explicación ] El astrónomo inglés Thomas Digges (1546-1595) propuso por primera vez un universo infinito estático . [ 1 ]
En contraste con este modelo, Albert Einstein propuso un modelo temporalmente infinito pero espacialmente finito -universo estático eterno- como su cosmología preferida durante 1917, en su artículo Consideraciones cosmológicas en la teoría general de la relatividad .
Tras el descubrimiento de la relación corrimiento al rojo-distancia (deducida por la correlación inversa del brillo galáctico con el corrimiento al rojo) por los astrónomos estadounidenses Vesto Slipher y Edwin Hubble , el astrofísico y sacerdote belga Georges Lemaître interpretó el corrimiento al rojo como evidencia de la expansión universal y, por lo tanto, de un Big Bang , mientras que el astrónomo suizo Fritz Zwicky propuso que el corrimiento al rojo era causado por la pérdida de energía de los fotones a medida que pasaban a través de la materia y/o fuerzas en el espacio intergaláctico. La propuesta de Zwicky llegaría a denominarse " luz cansada ", un término inventado por el principal defensor del Big Bang , Richard Tolman .
Durante 1917, Albert Einstein añadió una constante cosmológica positiva a sus ecuaciones de relatividad general para contrarrestar los efectos atractivos de la gravedad sobre la materia ordinaria, que de otro modo provocarían que un universo estático y espacialmente finito colapsara o se expandiera para siempre . [2] [3] [4] Este modelo del universo se conoció como el Mundo de Einstein o el universo estático de Einstein .
Esta motivación terminó después de la propuesta del astrofísico y sacerdote católico romano Georges Lemaître de que el universo no parece estar estático, sino en expansión. Edwin Hubble había investigado los datos de las observaciones realizadas por el astrónomo Vesto Slipher para confirmar una relación entre el corrimiento al rojo y la distancia , que forma la base del paradigma de expansión moderno que fue introducido por Lemaître. Según George Gamow, esto llevó a Einstein a declarar este modelo cosmológico, y especialmente la introducción de la constante cosmológica, su "mayor error". [1]
El universo estático de Einstein es cerrado (es decir, tiene una topología hiperesférica y una curvatura espacial positiva), y contiene polvo uniforme y una constante cosmológica positiva con un valor precisamente , donde es la constante gravitacional newtoniana, es la densidad de energía de la materia en el universo y es la velocidad de la luz . El radio de curvatura del espacio del universo de Einstein es igual a
El universo de Einstein es una de las soluciones de Friedmann a la ecuación de campo de Einstein para el polvo con densidad , constante cosmológica y radio de curvatura . Es la única solución estática no trivial a las ecuaciones de Friedmann. [ cita requerida ]
Como pronto se reconoció que el universo de Einstein era inherentemente inestable, en ese momento se abandonó como modelo viable para el universo. Es inestable en el sentido de que cualquier cambio leve en el valor de la constante cosmológica, la densidad de materia o la curvatura espacial dará como resultado un universo que se expande y acelera eternamente o vuelve a colapsar en una singularidad.
Después de que Einstein renunciara a su constante cosmológica y adoptara el modelo de Friedmann-LeMaitre de un universo en expansión, [5] la mayoría de los físicos del siglo XX asumieron que la constante cosmológica es cero. Si así fuera (en ausencia de alguna otra forma de energía oscura ), la expansión del universo se estaría desacelerando. Sin embargo, después de que Saul Perlmutter , Brian P. Schmidt y Adam G. Riess introdujeran la teoría de un universo en aceleración durante 1998, una constante cosmológica positiva ha revivido como una explicación simple para la energía oscura .
En 1976 Irving Segal revivió el universo estático en su cosmología cronométrica . Al igual que Zwicky, atribuyó el corrimiento al rojo de las galaxias distantes a la curvatura del cosmos. Aunque afirmó que los datos astronómicos lo justificaban, otros consideran que los resultados no son concluyentes. [6]
Para que un modelo de universo infinito estático sea viable, debe explicar tres cosas:
En primer lugar, debe explicar el corrimiento al rojo intergaláctico . En segundo lugar, debe explicar la radiación cósmica de fondo de microondas . En tercer lugar, debe tener un mecanismo para recrear la materia (en particular los átomos de hidrógeno ) a partir de la radiación u otras fuentes para evitar un "desgaste" gradual del universo debido a la conversión de materia en energía en los procesos estelares . [7] [8] Sin un mecanismo de este tipo, el universo estaría formado por objetos muertos como agujeros negros y enanas negras .
A Bruno se le atribuye a menudo el reconocimiento de que el sistema copernicano permitía un Universo infinito. En verdad, la idea de que una descripción heliocéntrica del sistema solar permitía (o al menos no descartaba) un Universo infinito fue propuesta por primera vez por Thomas Digges en 1576 en su A Perfit Description of the Caelestial Orbes , en el que Digges presenta y extiende el sistema copernicano, sugiriendo que el Universo era infinito.
